ES2660213T3 - Hall effect plasma propeller - Google Patents
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Abstract
Propulsor de plasma de efecto Hall que comprende un canal anular principal de ionización y de aceleración (120) que presenta un extremo aguas abajo abierto (129) y que incluye porciones de paredes anulares interna (127) y externa (128) que, situadas en las proximidades de dicho extremo abierto (129), comprenden sendos ensambles de anillos conductores o semiconductores (150), al menos un cátodo (140), un ánodo anular (125) concéntrico con el canal anular principal (120), una canalización (126) y un distribuidor para alimentar con gas ionizable el canal (120) y un circuito magnético (131 a 136) de creación de un campo magnético dentro de dicho canal anular principal (120), caracterizado por que, dentro del canal anular principal (120), dichas porciones de paredes anulares interna (127) y externa (128) situadas en las proximidades de dicho extremo abierto (129) comprenden sendos ensambles de anillos conductores o semiconductores (150) yuxtapuestos en forma de laminillas separadas por capas finas de aislante (152) cuyo espesor está comprendido entre el 4 y el 12 % del de dichos anillos conductores o semiconductores (150).Hall-effect plasma propellant comprising a main annular ionization and acceleration channel (120) having an open downstream end (129) and including portions of inner (127) and external (128) annular walls which, located in the proximities of said open end (129), comprise two assemblies of conductive or semiconductor rings (150), at least one cathode (140), an annular anode (125) concentric with the main annular channel (120), a pipe (126) ) and a distributor for feeding with ionizable gas the channel (120) and a magnetic circuit (131 to 136) for creating a magnetic field within said main annular channel (120), characterized in that, within the main annular channel (120 ), said inner (127) and outer (128) annular wall portions located in the vicinity of said open end (129) comprise assemblies of conductive or semiconductor rings (150) juxtaposed in the form of separate lamellae by thin layers of insulator (152) whose thickness is between 4 and 12% of said conductive or semiconductor rings (150).
Description
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DESCRIPCIONDESCRIPTION
Propulsor de plasma de efecto Hall Campo de la invenciónHall-effect plasma propellant Field of the invention
La presente invención tiene por objeto un propulsor de plasma de efecto Hall que comprende un canal anular principal de ionización y de aceleración que presenta un extremo aguas abajo abierto, al menos un cátodo, un ánodo anular concéntrico con el canal anular principal, una canalización y un distribuidor para alimentar con gas ionizable el canal y un circuito magnético de creación de un campo magnético dentro de dicho canal anular principal.A subject of the present invention is a Hall-effect plasma propellant comprising a main annular ionization and acceleration channel having an open downstream end, at least one cathode, an annular concentric anode with the main annular channel, a pipe and a distributor for supplying the channel with ionizable gas and a magnetic circuit for creating a magnetic field within said main annular channel.
En particular, la invención se refiere a los propulsores de plasma de efecto Hall puestos en práctica para la propulsión eléctrica de satélites.In particular, the invention relates to Hall-effect plasma propellers implemented for the electric propulsion of satellites.
Técnica anteriorPrior art
La vida útil de los propulsores de plasma de efecto Hall viene determinada esencialmente por la erosión del canal aislante de cerámica por efecto del bombardeo de los iones. En efecto, por motivo de la topografía del potencial eléctrico dentro del canal, una parte de los iones creados se ve acelerada radialmente hacia las paredes.The useful life of Hall-effect plasma propellers is essentially determined by the erosion of the ceramic insulating channel by the effect of ion bombardment. In fact, due to the topography of the electrical potential within the channel, a part of the created ions is accelerated radially towards the walls.
El alargamiento de las misiones de los satélites de comunicaciones y el incremento de las velocidades de eyección de plasma requeridas (en particular, para los propulsores llamados de gran impulso específico) imponen vidas útiles cada más largas que las cerámicas convencionales basadas en nitruro de boro ya no pueden cumplir.The lengthening of communications satellite missions and the increase in plasma ejection speeds required (in particular, for so-called specific high-thrust propellants) impose lifespans that are longer than conventional ceramics based on boron nitride already They cannot comply.
La gran resistencia frente al bombardeo iónico de ciertos materiales eléctricamente conductores o semiconductores tales como el grafito hacen de ellos, teóricamente, candidatos idóneos para el canal de descarga de los propulsores de efecto Hall.The high resistance against ionic bombardment of certain electrically conductive or semiconductor materials such as graphite make them, theoretically, suitable candidates for the discharge channel of the Hall effect propellers.
La idea de emplear materiales conductores, y en particular el grafito, fue estudiada en Estados Unidos por Y. Raitses et al. (Universidad de Princeton). Estos estudios han destacado lo ventajoso del grafito en cuanto a vida útil, pero no han tratado de solucionar el problema de bajada de rendimiento ligado a la entrada en cortocircuito del plasma.The idea of using conductive materials, and in particular graphite, was studied in the United States by Y. Raitses et al. (Princeton University). These studies have highlighted the advantage of graphite in terms of useful life, but have not tried to solve the problem of lowering performance linked to the short-circuit entry of plasma.
Los escasos rendimientos observados con los materiales conductores han impedido hasta la fecha la generalización de su empleo en la construcción de canales de aceleración de propulsores de plasma.The low yields observed with the conductive materials have prevented to date the generalization of their use in the construction of channels of acceleration of plasma propellants.
De este modo, actualmente, los canales de descarga de los propulsores de efecto Hall se constituyen a partir de cerámica aislante homogénea, las más de las veces basada en nitruro de boro y en sílice (materiales BN-SIO2). Las cerámicas basadas en nitruro de boro permiten que los propulsores de efecto Hall alcancen elevadas prestaciones en cuanto a rendimiento, pero presentan altos índices de erosión bajo bombardeo iónico que limitan la vida útil de los propulsores a aproximadamente 10 000 horas, así como su funcionamiento a impulsos específicos más altos.Thus, currently, the discharge channels of the Hall-effect propellants are constituted from homogeneous insulating ceramics, most often based on boron nitride and silica (BN-SIO2 materials). Boron nitride-based ceramics allow Hall effect thrusters to achieve high performance performance, but have high erosion rates under ionic bombardment that limit the life of the thrusters to approximately 10,000 hours, as well as their operation at higher specific impulses.
El documento US 2002/008455 A1 describe un ejemplo de propulsor de plasma de efecto Hall.US 2002/008455 A1 describes an example of a Hall-effect plasma propellant.
Definición y objeto de la invenciónDefinition and object of the invention
La presente invención tiene como propósito subsanar los citados inconvenientes y, en particular, incrementar la vida útil de los propulsores de plasma de efecto Hall, al propio tiempo que permite un elevado rendimiento energético.The purpose of the present invention is to overcome the aforementioned drawbacks and, in particular, to increase the service life of the Hall-effect plasma propellers, while allowing high energy efficiency.
Estos propósitos se consiguen, de conformidad con la invención, gracias a un propulsor de plasma de efecto Hall que comprende un canal anular principal de ionización y de aceleración que presenta un extremo aguas abajo abierto, al menos un cátodo, un ánodo anular concéntrico con el canal anular principal, una canalización y un distribuidor para alimentar con gas ionizable el canal y un circuito magnético de creación de un campo magnético dentro de dicho canal anular principal, caracterizado por que el canal anular principal comprende porciones de paredes anulares interna y externa situadas en las proximidades de dicho extremo abierto que comprenden sendos ensambles de anillos conductores o semiconductores yuxtapuestos en forma de laminillas separados por capas finas de aislante.These purposes are achieved, in accordance with the invention, thanks to a Hall-effect plasma propellant comprising a main annular ionization and acceleration channel having an open downstream end, at least one cathode, an annular ring concentric with the main annular channel, a channel and a distributor for feeding the ionizable gas with the channel and a magnetic circuit for creating a magnetic field within said main annular channel, characterized in that the main annular channel comprises portions of internal and external annular walls located in the proximities of said open end comprising two assemblies of conductor rings or semiconductors juxtaposed in the form of lamellae separated by thin layers of insulator.
Ventajosamente, cada anillo conductor o semiconductor está dividido en segmentos dispuestos según sectores angulares y aislados entre sí.Advantageously, each conductor or semiconductor ring is divided into segments arranged according to angular sectors and isolated from each other.
Preferentemente, los segmentos de cada anillo conductor o semiconductor están dispuestos al tresbolillo con respecto a los segmentos de los anillos conductores o semiconductores vecinos.Preferably, the segments of each conductor or semiconductor ring are arranged to the triplet with respect to the segments of the neighboring conductor or semiconductor rings.
De acuerdo con una característica preferente de la invención, las capas finas de aislante están dispuestas sobre todas las caras de un anillo conductor o semiconductor, a excepción de la cara que define una parte de la pared interna del canal anular principal.According to a preferred feature of the invention, the thin layers of insulator are arranged on all faces of a conductive or semiconductor ring, except for the face that defines a part of the inner wall of the main annular channel.
El ensamble de anillos conductores o semiconductores puede abarcar una longitud de las paredes anulares interna y externa inferior a la longitud total del canal anular principal.The assembly of conductive or semiconductor rings can cover a length of the inner and outer annular walls less than the total length of the main annular channel.
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De acuerdo con una forma de realización particular, los anillos conductores o semiconductores son de grafito, mientras que las capas finas de aislante son de material dieléctrico, y en particular de nitruro de boro pirolítico.According to a particular embodiment, the conductive or semiconductor rings are made of graphite, while the thin layers of insulator are made of dielectric material, and in particular of pyrolytic boron nitride.
El espesor de los anillos conductores o semiconductores es del orden del radio de Larmor electrónico.The thickness of the conductive or semiconductor rings is of the order of the electronic Larmor radius.
Su espesor máximo a se estima mediante la siguiente expresión: a < — r, donde r es el radio de Larmor de losIts maximum thickness a is estimated by the following expression: a <- r, where r is the Larmor radius of the
( Ez ^(Ez ^
electrones, así como una condición que determina el ángulo de corte acimutal: R a < 5abs\ — \.r con:electrons, as well as a condition that determines the azimuthal cutting angle: R a <5abs \ - \ .r with:
° Ez, Et: campo eléctrico a lo largo del eje y del acimut,° Ez, Et: electric field along the axis and azimuth,
° R: radio de borde de la porción de anillo en contacto con el plasma,° R: edge radius of the ring portion in contact with the plasma,
° a: ángulo de la porción de anillo.° a: angle of the ring portion.
De acuerdo con un ejemplo de realización, los anillos conductores o semiconductores presentan un espesor comprendido entre 0,7 y 0,9 mm, en tanto que las capas finas de aislante presentan un espesor comprendido entre 0,04 y 0,08 mm.According to an exemplary embodiment, the conductive or semiconductor rings have a thickness between 0.7 and 0.9 mm, while the thin layers of insulation have a thickness between 0.04 and 0.08 mm.
De acuerdo con la invención, un canal de descarga seudoaislante está realizado a partir de un apilamiento de anillos o de porciones de anillos hechos de un material conductor o semiconductor y recubiertos con una capa fina de cerámica aislante.According to the invention, a pseudo-insulating discharge channel is made from a stack of rings or portions of rings made of a conductive or semiconductor material and coated with a thin layer of insulating ceramic.
Esto permite un incremento de la vida útil del propulsor en un factor de 3 a 4 sin pérdida posible de rendimiento, en cuanto la estructura permite beneficiarse de las ventajas de bajo índice de erosión de los materiales conductores sin padecer sus inconvenientes, y el canal puede comportarse como un aislante eléctrico frente al plasma con una limitación al máximo de las corrientes electrónicas creadas dentro del canal de descarga.This allows an increase in the useful life of the propellant by a factor of 3 to 4 without possible loss of performance, in that the structure allows to benefit from the advantages of low erosion index of the conductive materials without suffering its drawbacks, and the channel can behave as an electrical insulator against plasma with a maximum limitation of the electronic currents created within the discharge channel.
Así, la invención optimiza la estructura de los canales de descarga de los propulsores de plasma de efecto Hall poniendo en práctica una partición de paredes conductoras o semiconductoras en segmentos aislados de escasas dimensiones que redunda en una gran disminución de la corriente de cortocircuito, que evita una pérdida sensible de rendimiento.Thus, the invention optimizes the structure of the discharge channels of the Hall-effect plasma propellants by implementing a partition of conductive or semiconductor walls into isolated segments of small dimensions that results in a large decrease in the short-circuit current, which prevents a noticeable loss of performance.
La propulsión de los satélites de telecomunicaciones lleva aparejadas grandes implicaciones económicas, y las mejoras que pueden ser introducidas en las fuentes de plasma de efecto Hall -actualmente reconocidas como las más eficientes para el mantenimiento en posición- revisten un gran interés. La presente invención atiende directamente a la tendencia al incremento de las duraciones de misiones que se demandan a los satélites geoestacionarios, mejorando la duración útil de los propulsores de plasma de efecto Hall.The propulsion of telecommunications satellites carries great economic implications, and the improvements that can be introduced in Hall-effect plasma sources - currently recognized as the most efficient for position maintenance - are of great interest. The present invention directly addresses the tendency to increase the duration of missions demanded from geostationary satellites, improving the useful life of Hall-effect plasma propellers.
Asimismo, la presente invención permite hacer funcionar propulsores con impulsos específicos (Isp) más elevados, al propio tiempo que conserva una vida útil significativa. Por lo tanto, puede proveer de una considerable ventaja competitiva de la propulsión mediante propulsor de plasma de efecto Hall.Likewise, the present invention makes it possible to operate thrusters with higher specific impulses (Isp), while maintaining a significant lifespan. Therefore, it can provide a considerable competitive advantage of propulsion by means of Hall-effect plasma propellant.
Breve descripción de los dibujosBrief description of the drawings
Otras características y ventajas de la invención se desprenderán de la siguiente descripción de formas particulares de realización, dadas a título de ejemplo, con referencia a los dibujos que se acompañan, en los cuales:Other features and advantages of the invention will be apparent from the following description of particular embodiments, given by way of example, with reference to the accompanying drawings, in which:
la figura 1 es una vista esquemática en perspectiva seccionada de un propulsor de plasma de efecto Hall en el que tiene aplicación la invención,Figure 1 is a schematic sectioned perspective view of a Hall-effect plasma propeller in which the invention has application,
la figura 2 es una vista en perspectiva de un cuarto de un canal de descarga con estructura laminada según un ejemplo de realización de la invención,Figure 2 is a perspective view of a quarter of a discharge channel with laminated structure according to an embodiment of the invention,
la figura 3 muestra una variante propuesta y es una vista en perspectiva del conjunto de la estructura laminada de un canal de descarga de un propulsor de plasma de efecto Hall según la invención,Figure 3 shows a proposed variant and is a perspective view of the whole of the laminated structure of a discharge channel of a Hall-effect plasma propeller according to the invention,
la figura 3A muestra una variante propuesta y es un detalle ampliado de un segmento de material conductor o semiconductor recubierto de depósitos aislantes utilizado en la estructura laminada de la figura 3, yFigure 3A shows a proposed variant and is an enlarged detail of a segment of conductive or semiconductor material coated with insulating deposits used in the laminated structure of Figure 3, and
la figura 3B es una sección por la línea INB-INB de la figura 3A.Figure 3B is a section on the INB-INB line of Figure 3A.
Descripción detallada de formas preferentes de realizaciónDetailed description of preferred embodiments
Se ve en la figura 1 un ejemplo de propulsor de plasma de efecto Hall, también denominado propulsor de plasma estacionario (PPE), en el cual tiene aplicación la invención y que puede ser llevado a la práctica especialmente paraAn example of a Hall-effect plasma propeller, also called stationary plasma propellant (PPE), in which the invention is applicable and which can be practiced especially for
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la propulsión eléctrica de satélites.the electric propulsion of satellites.
Tal tipo de propulsor de efecto Hall comprende los siguientes elementos principales:Such a type of Hall effect propellant comprises the following main elements:
- un canal de descarga o canal anular principal de ionización y de aceleración 120,- a discharge channel or main annular ionization and acceleration channel 120,
- un ánodo anular 125 concéntrico con el canal anular principal 120,- an annular anode 125 concentric with the main annular channel 120,
- una canalización 126 y un distribuidor asociado al ánodo 125 y al canal anular principal 120 para alimentar el mismo con un gas ionizable tal como el xenón,- a pipe 126 and a distributor associated with the anode 125 and the main annular channel 120 to feed the same with an ionizable gas such as xenon,
- un cátodo hueco 140,- a hollow cathode 140,
- un circuito magnético 131 a 136 de creación de un campo magnético dentro del canal anular principal.- a magnetic circuit 131 to 136 creating a magnetic field within the main annular channel.
El ánodo 125 y el distribuidor de gas ionizable permiten inyectar el combustible (tal como el xenón) en el propulsor y recoger los electrones de la descarga de plasma.The anode 125 and the ionizable gas distributor allow the fuel (such as xenon) to be injected into the propellant and collect the electrons from the plasma discharge.
El cátodo hueco 140 tiene como función generar los electrones que permiten la creación de un plasma en el propulsor, así como la neutralización del chorro de iones eyectados por el propulsor.The hollow cathode 140 has the function of generating the electrons that allow the creation of a plasma in the propellant, as well as the neutralization of the jet of ions ejected by the propellant.
El circuito magnético comprende un polo interno 134, un polo externo 136, una culata magnética que une los polos interno 134 y externo 136, con un núcleo ferromagnético 133 y varillas ferromagnéticas periféricas 135, una o varias bobinas 131 dispuestas alrededor del núcleo central 133 y bobinas 132 dispuestas alrededor de las varillas periféricas 135.The magnetic circuit comprises an internal pole 134, an external pole 136, a magnetic stock connecting the internal and external poles 134, with a ferromagnetic core 133 and peripheral ferromagnetic rods 135, one or more coils 131 arranged around the central core 133 and coils 132 arranged around the peripheral rods 135.
El circuito magnético permite el confinamiento del plasma y la creación de un fuerte campo magnético E a la salida del propulsor, que permite la aceleración de los iones a velocidades del orden de hasta 20 km/s.The magnetic circuit allows the confinement of the plasma and the creation of a strong magnetic field E at the outlet of the propellant, which allows the acceleration of the ions at speeds of the order of up to 20 km / s.
Son posibles diferentes variantes para la realización del circuito magnético, y la presente invención no queda limitada a la forma de realización descrita en la figura 1.Different variants are possible for the realization of the magnetic circuit, and the present invention is not limited to the embodiment described in Figure 1.
El canal de descarga 120 permite el confinamiento del plasma, y su composición determina las prestaciones del propulsor.The discharge channel 120 allows the confinement of the plasma, and its composition determines the performance of the propellant.
Tradicionalmente, el canal de descarga 120 es de cerámica. El empuje del motor recae en la eyección de un chorro de iones a alta velocidad. Ahora bien, al ser este chorro ligeramente divergente, la colisión de los iones de alta energía con la pared del canal conduce a una erosión de la cerámica a la salida del propulsor.Traditionally, the discharge channel 120 is ceramic. The engine thrust lies in the ejection of a high velocity ion jet. Now, since this jet is slightly divergent, the collision of the high-energy ions with the channel wall leads to an erosion of the ceramic at the outlet of the propeller.
Por este motivo, de conformidad con la invención, el canal de descarga 120 comprende al menos una porción 127 de la pared anular interna y al menos una porción 128 de la pared anular externa, situadas en las proximidades del extremo abierto 129 del canal, que no están realizadas en cerámica maciza, sino que comprenden sendos ensambles de anillos conductores o semiconductores 150 yuxtapuestos en forma de laminillas separadas por capas finas de aislante 152 (véase la figura 2).For this reason, in accordance with the invention, the discharge channel 120 comprises at least a portion 127 of the inner annular wall and at least a portion 128 of the outer annular wall, located in the vicinity of the open end 129 of the channel, which they are not made of solid ceramics, but comprise two assemblies of conductive or semiconductor rings 150 juxtaposed in the form of lamellae separated by thin layers of insulator 152 (see Figure 2).
La invención tiene como propósito reducir de manera significativa la erosión del canal de descarga del propulsor. Asimismo, permite reducir las pérdidas energéticas y las inestabilidades de descarga que suelen afectar a los propulsores de efecto Hall que utilizan un canal de descarga de material eléctricamente conductor o semiconductor. Al propio tiempo que utiliza materiales tales como el grafito y los carburos, más resistentes que las cerámicas frente al bombardeo iónico, merced a un ensamble de anillos conductores o semiconductores (por ejemplo, de grafito) separados por capas finas de aislante (por ejemplo, de nitruro de boro), la invención permite a la vez reducir la erosión del canal y disminuir las inestabilidades de descarga.The purpose of the invention is to significantly reduce the erosion of the discharge channel of the propeller. It also allows reducing energy losses and discharge instabilities that usually affect Hall-effect propellants that use an electrically conductive or semiconductor material discharge channel. At the same time that it uses materials such as graphite and carbides, more resistant than ceramics against ionic bombardment, thanks to an assembly of conductive or semiconductor rings (for example, graphite) separated by thin layers of insulation (for example, of boron nitride), the invention allows both to reduce channel erosion and reduce discharge instabilities.
Así, el canal de descarga 120 de un propulsor de plasma según la invención puede comprender a la vez una parte aguas arriba tradicional de cerámica con una pared de fondo 123 y paredes cilíndricas externa 121 e interna 122 y una parte aguas abajo que, situada entre la parte aguas arriba y la abertura 129, comprende paredes cilíndricas externa 128 e interna 127 con una estructura laminada compuesta a partir de anillos conductores o semiconductores 150 yuxtapuestos, que están aislados por capas finas de aislante 152, pero presentan una cara 151 no recubierta de aislante por el lado interno dirigido hacia el espacio interior 124 del canal anular 120.Thus, the discharge channel 120 of a plasma propellant according to the invention can comprise both a traditional upstream part of ceramic with a bottom wall 123 and external cylindrical walls 121 and inner 122 and a downstream part which, located between the upstream part and the opening 129, comprises external cylindrical walls 128 and internal 127 with a laminated structure composed of juxtaposed conductive or semiconductor rings 150, which are insulated by thin layers of insulator 152, but have a face 151 not covered with insulator on the inner side directed towards the inner space 124 of the annular channel 120.
Con objeto de eliminar las ocasionales corrientes de cortocircuito acimutales inducidas por variaciones de potencial a lo largo del acimut (defectos de simetría, ondas acimutales, ...), de manera preferente, se procede además a un posicionamiento de los anillos 150 en varias secciones angulares aisladas que se extienden en sendos sectores angulares A9 (figuras 3 y 3A). Así, se puede ver, por ejemplo, entre 10 y 30 segmentos 150a, 150b en cada anillo 150.In order to eliminate the occasional azimuthal short-circuit currents induced by potential variations along the azimuth (symmetry defects, azimuthal waves, ...), preferably, a positioning of the rings 150 in several sections is also carried out isolated angles that extend into two angular sectors A9 (Figures 3 and 3A). Thus, for example, between 10 and 30 segments 150a, 150b can be seen in each ring 150.
Ventajosamente, los segmentos 150a de un anillo conductor o semiconductor 150 están dispuestos al tresbolillo con respecto a los segmentos 150b de los anillos vecinos 150 (fig. 3).Advantageously, the segments 150a of a conductive or semiconductor ring 150 are disposed to the pin with respect to the segments 150b of the neighboring rings 150 (fig. 3).
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Tal como puede verse en la figura 3A, las capas finas de aislante 152, 153, 154, 155 están dispuestas sobre todas las caras de un segmento de un anillo conductor o semiconductor 150, a excepción de la cara 151 que define una parte de la pared interna del canal anular principal 120.As can be seen in Figure 3A, the thin layers of insulator 152, 153, 154, 155 are arranged on all faces of a segment of a conductor or semiconductor ring 150, except for face 151 defining a part of the inner wall of the main annular channel 120.
A título de ejemplo, el ensamble de anillos conductores 150 abarca una longitud de las paredes anulares interna y externa comprendida entre el 20 y el 50 %, y preferentemente entre el 30 y el 40 % de la longitud total del canal anular principal 120, aunque este margen de valores no es limitativo.By way of example, the assembly of conductive rings 150 encompasses a length of the inner and outer annular walls between 20 and 50%, and preferably between 30 and 40% of the total length of the main annular channel 120, although This margin of values is not limiting.
El dimensionamiento de los anillos conductores o semiconductores 150 se puede establecer a partir del cálculo de las corrientes electrónicas recibidas y emitidas por las paredes. En primera aproximación, se puede mostrar que la corriente de cortocircuito que circula por las paredes es proporcional a la corriente iónica recogida que, a temperatura electrónica y densidad de plasma constantes, es aproximadamente proporcional a la superficie conductora en contacto con el plasma.The sizing of the conductive or semiconductor rings 150 can be established from the calculation of the electronic currents received and emitted by the walls. In the first approach, it can be shown that the short-circuit current flowing through the walls is proportional to the collected ionic current which, at constant electronic temperature and plasma density, is approximately proportional to the conductive surface in contact with the plasma.
Por otro lado, para un campo eléctrico axial dado, la diferencia de potencial acusada por un elemento conductor es aproximadamente proporcional a su extensión axial. Como consecuencia de ello, para un canal de tamaño dado, el conjunto de las pérdidas por efecto Joule por cortocircuito del plasma es aproximadamente proporcional al espesor de los anillos. Asimismo, se puede mostrar que la corriente de cortocircuito se hace despreciable ante las corrientes ligadas a la emisión electrónica secundaria (que son las únicas que existen en el caso de un aislante) cuando el espesor de los anillos es del orden del radio de Larmor electrónico. Esto define el espesor crítico de los anillos que permite obtener un canal seudoaislante.On the other hand, for a given axial electric field, the potential difference accused by a conductive element is approximately proportional to its axial extension. As a consequence, for a given size channel, the set of losses due to Joule effect due to plasma short-circuit is approximately proportional to the thickness of the rings. Likewise, it can be shown that the short-circuit current becomes negligible against the currents linked to the secondary electronic emission (which are the only ones that exist in the case of an insulator) when the thickness of the rings is of the order of the electronic Larmor radius . This defines the critical thickness of the rings that allows a pseudo insulating channel to be obtained.
A título de ejemplo, los anillos conductores 150, por ejemplo de grafito con bajo coeficiente de dilatación, pueden presentar un espesor comprendido entre 0,7 y 0,9 mm y típicamente de 0,8 mm.As an example, the conductive rings 150, for example of graphite with low expansion coefficient, can have a thickness between 0.7 and 0.9 mm and typically 0.8 mm.
Las capas finas de aislante 152 a 155, por ejemplo de nitruro de boro pirolítico, pueden presentar un espesor comprendido entre 0,04 y 0,08 mm, típicamente 0,05 mm, y se pueden depositar sobre los segmentos de anillos conductores 150 mediante un procedimiento de deposición química en fase vapor, en orden a recubrir cada segmento de anillo en toda su superficie, exceptuando en el borde 151 en contacto con el plasma.The thin layers of insulator 152 to 155, for example pyrolytic boron nitride, can have a thickness between 0.04 and 0.08 mm, typically 0.05 mm, and can be deposited on the conductor ring segments 150 by a chemical vapor deposition process, in order to coat each ring segment over its entire surface, except at the edge 151 in contact with the plasma.
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